[发明专利]一种翅片散热器的设计方法及其装置

说明书

本发明提供了一种翅片散热器的设计方法及其装置，用于提高所述翅片散热器的均温性。所述设计方法包括：确定所述翅片散热器的实际热阻分布；基于所述翅片散热器的均温目标确定所述翅片散热器的均温热阻分布；以及基于所述翅片散热器的实际热阻分布与所述均温热阻分布确定所述翅片散热器的通孔分布设计。

技术领域

本发明涉及功率器件的散热装置，尤其涉及一种翅片散热器的设计方法及其装置。

背景技术

精密电子器件耐高温能力有限，高温将会影响其运行稳定性。比如轨道交通行业的关键部件——变流器中的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。高热流密度必然导致IGBT芯片的温升变化更快，温度增高，为确保IGBT长期稳定运行，相应的制冷系统的散热技术问题成为当前制约数据中心发展的瓶颈之一。我国的轨道交通行业正处于高速发展阶段，随着列车提速，高性能的需求下，对变流器IGBT模块的功率需求也日益增长，与之匹配的散热器性能需求也不断提升。

在轨道交通领域，IGBT变流器模块是决定动力输出的核心部件，由于其承载高压高电流的高频转换工作，因此会产生巨大的热量，需要采用适当的散热装置来保证其安全稳定运行。轨道交通领域所用散热器主要采用强迫对流技术，其强化传热的方法主要包括增大散热器的尺寸以增加散热器的热容和散热器面积、增大散热器冷却介质流量以增加表面传热系数等方式。随之而来的问题是散热器的体积、重量、噪音、系统复杂度和成本的增加。

实际运行中，现有的IGBT变流器模块大多采用风冷翅片散热器来作为散热装置。翅片散热器的基板的两面分别用于安装IGBT变流器模块和翅片。IGBT变流器模块产生的热量通过基板与翅片进行热交换。

然而，在实际应用过程中，冷风从入口进入翅片散热器进行热交换，带走热量后逐渐升温，进出口形成温差，这样造成散热器承载的变流器模块出现温度不均匀分布，进风口端温度低，出风口端温度高的现象，温差为5-10℃甚至更高。可以看出，现有的翅片散热器存在均温性差的问题。

均温性是评价散热器散热性能的一个很重要的指标。判断一个IGBT是否有超温风险是以最高温度来衡量，比如，一个IGBT的大部分区域散热良好，芯片平均温度离器件许用结温150℃还可有30℃以上的余量，但若某一局部区域超温达到150℃以上，芯片必然因这一高温而损坏。而均温性差的散热器很可能会造成局部高温的现象，从而影响器件的安全性。

因此，如何提高均温性，降低局部热点的出现成为散热技术研究的重点。目前有均温管、均温板等技术，但均温管和均温板造价高，应用范围有限，在翅片散热器中应用较少。

为解决翅片散热器存在的均温性差的问题，本发明旨在提出一种翅片散热器的设计方法，通过翅片热阻与气流分布的关系来针对性地设计出满足散热器件的散热需求的翅片散热器，同时还可降低翅片散热器的重量。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种翅片散热器的设计方法，用于提高所述翅片散热器的均温性，所述设计方法包括：确定所述翅片散热器的实际热阻分布；基于所述翅片散热器的均温目标确定所述翅片散热器的均温热阻分布；以及基于所述翅片散热器的实际热阻分布与所述均温热阻分布确定所述翅片散热器的通孔分布设计。

更进一步地，所述确定翅片散热器的实际热阻分布包括：确定所述翅片散热器的热功率分布；确定所述翅片散热器上的温度分布；以及基于所述翅片散热器的热功率分布和温度分布确定所述翅片散热器的实际热阻分布。